Карбид вольфрама как новый сплав в аддитивном производстве

Поделиться этой статьей

Карбид вольфрама используется во многих отраслях промышленности из-за его превосходных свойств твердости по сравнению с инструментальной сталью и превосходной прочности по сравнению с технической керамикой. Учитывая эти превосходные свойства, карбид вольфрама чаще всего ассоциируется с инструментами, используемыми при резке металлов, таких как распиловка, фрезерование и токарная обработка. Многие удивляются, узнав, что карбид вольфрама также часто используется в системах дозирования жидкостей или в системах с потоками из-за его превосходного срока службы при воздействии эрозионного износа. Улучшенные противоизносные свойства карбида вольфрама увеличивают срок службы компонентов таких изделий, как сопла, в таких разнообразных отраслях, как гидроабразивная резка, нефтегазовая промышленность и электроника. Хотя преимущества карбида вольфрама очевидны многим инженерам, разрабатывающим эти компоненты, проблемы изготовления деталей из карбида вольфрама менее известны.

Для начала следует пояснить, что карбид вольфрама — это название, используемое для широкой категории сплавов, которые состоят из настоящего карбида вольфрама вместе с металлическими связующими и другими добавленными карбидами (например, TiC и TaC). Двумя наиболее распространенными металлическими связующими являются кобальт и никель. Металлические связующие влияют на свойства твердости, ударной вязкости, а также на химическую совместимость. Содержание металлического связующего может варьироваться от 3-20% от готового материала в зависимости от желаемых свойств.

Компонент управления потоком

Готовый к прессованию порошок изготавливается путем объединения порошка карбида вольфрама (WC), металлического связующего и органического связующего в растворителе, а затем выпаривания растворителя из смеси с использованием процесса распылительной сушки. Затем порошок прессуют в прессе, в результате чего образуется зеленая деталь, прочность которой примерно равна куску мела. Несмотря на то, что сырая деталь хрупкая, ее можно обрабатывать традиционными методами точения, фрезерования и сверления. Необходимо соблюдать осторожность при расчете геометрии, так как в процессе спекания сырая деталь усаживается до 20%. Кроме того, при температуре процесса спекания (2500–2700°F) по мере плавления металлического связующего деталь становится относительно мягкой, и участки с тонкой стенкой могут разрушиться. После завершения процесса спекания деталь находится в закаленном состоянии. Кроме того, из-за скорости усадки точные детали не могут быть созданы во время необработанной формовки, а это означает, что сложные и точные геометрические детали должны быть добавлены к закаленной детали после спекания.

В отличие от стальных деталей, карбид вольфрама в закаленном состоянии нельзя подвергать обычной токарной обработке, сверлению, фрезерованию или сварке. Вместо этого нам остаются процессы шлифования и электроэрозионной обработки, которые отнимают много времени, дороги и ограничены в возможностях создания определенной геометрии.

Прогрессивный ротор насоса

Именно здесь аддитивные методы, такие как струйная обработка связующим и FDM, могут повысить ценность для клиентов, создавая геометрии, которые ранее были невозможны для карбида вольфрама. Несмотря на то, что существуют проблемы с созданием порошка, подходящего для печати, по сравнению с прессованием, предпринимаются усилия по внедрению хорошо известных преимуществ добавок в мир твердых материалов.

Одним из таких примеров являются роторы шнековых насосов (принцип Муано), геометрия которых невозможно сформировать в сырой детали или отшлифовать в готовой детали. Благодаря аддитивным технологиям конструкторы насосов получают в свой арсенал еще один материал для борьбы с абразивным износом при перекачивании сложных жидкостей.

Сопло

Другим примером является создание цельных насадок или распределителей, используемых при дозировании жидкости, где предпочтительными являются изогнутые пути прохождения жидкости. Всего несколько лет назад считалось, что такая геометрия невозможна для карбида вольфрама, и инженерам приходилось выбирать неоптимальные материалы или менее эффективные геометрии, в результате чего у клиентов возникали текущие расходы на техническое обслуживание.

Сотрудничая с Precision Solutions by Hyperion при работе со сложной геометрией деталей, клиенты получают преимущества опыта Hyperion в области твердых материалов, а также преимущества современных технологий изготовления, правильно применяемых для создания ранее невозможных геометрий.